Motortuning másképpen, 6. rész - Szimulálunk, szimulálunk?

SV650-esünk tuningját terveinknek megfelelően a számítógép képernyőjén végeztük el. Eközben egy-két érdekesség is kiderült a motorról.





 


 

Előző részek:

Motortuning másképpen, 1. rész - Emelkedő!
Motortuning másképpen, 2. rész - Lélekelemzés
Motortuning másképpen, 3. rész - Rezgőkör
Motortuning másképpen, 4. rész - Csupa erő!
Motortuning másképpen, 5. rész - Hogyan állunk teljesítménnyel?

 


 

 

Először tekintsük át röviden a motormodellező szoftver működését. A motort alrendszerekből, építőkockaelvet követve kell összeállítani, így a végén inkább egy folyamatábra-jelleget ölt, semmint hasonlítana bármiféle szerkezetre. Minden összetevőt csatlakoztatni kell az előtte és utána következőhöz, hogy a levegő vagy kipufogógáz „áramlása” biztosított legyen. Esetünkben az egész rendszert szeretnénk a legmegfelelőbb teljesítmény elérésére sarkallni, nem pedig az egyes alkatrészek optimalizálásáról van szó. Éppen ezért nem fontos pontosan ismernünk az egyes alkatrészek felületén végbemenő áramlástani vagy éppen kémiai folyamatokat. Elegendő, ha az adott elem egy bizonyos szakaszán vett átlagértékekkel számolunk. Ez azt jelenti, hogy a motort és annak szívó- és kipufogórendszerét szakaszokra bontjuk, szinte felszeleteljük. Mivel a szeletek a program beállításától függően 5–10 mm hosszúak, így elég nagyszámú, de mégsem végtelen, vagyis véges számú elemre bontjuk a motort, innen ered a végeselem-modell elnevezés. Az ezekben az úgynevezett cellákban és cellák között végbemenő tömeg-, energia-, részecskesebesség- stb. adatokat kezeli, számítja ki a program.

 

Alkatrészeket szimbolizáló blokkok egymásután fűzéséből épül fel a motor. A fizikai méreteket, anyagjellemzőket, hőmérsékleteket stb. a blokkok megnyitása után elérhetővé váló paneleken lehet megadni

 

 

 

Celláról cellára haladva, időlépésről időlépésre elvégzi a szükséges számításokat, egészen addig, amíg egy bizonyos jellemző (esetünkben az átlagos hengerközépnyomás) értéke az egymást követő számítási lépések során már nem változik. Amennyiben a beállított feltétel teljesül, kerül sor a következő fordulatszámon a számítási sor végrehajtására, megint csak addig ismételgetve az adott fordulaton a „matekot”, amíg a számított értékek az adott fordulaton már nem változnak tovább. A hengerekben végbemenő égési folyamatot három részre bontja: egy égés előtti, egy égésben lévő és egy elégett zónára. Így az égést nagymértékben befolyásoló hengerfejbeli áramlások ugyan nem követhetőek, de céljainknak tökéletesen megfelelő eredményt kapunk. Végül a szívócsőben, hengerben, kipufogóban végbemenő folyamatok egymásra épülésével kapjuk a motor jellemzőit, vagyis teljesítményt, nyomatékot, töltési fokot, fajlagos fogyasztást, károsanyag-kibocsátást stb.-t, szinte mindent, ami egy erőforrást jellemezhet. Látható, hogy a számítási folyamat meglehetősen részletes, a modellezőprogram pedig közel 500 szeletkére bontotta fel az SV-t. Betartottuk a tuning alapszabályát is: egyszerre csak egy dolgot változtatunk, majd minden változtatás után mértük az eredményt. Ennek megfelelően alakult a munkához szükséges idő: egy bizonyos módosítás ellenőrzése kb. 3 órát vett igénybe. Viszont az alkatrészeket nem kellett sem „átreszelni”, sem szerelni, a dugattyú sem kopott, benzin sem fogyott, miközben az eredmények a valósággal nagyon jól egyeztek.

 

A felépített számítógépes erőforrásmodell viselkedése jól követi a valóságos motor jellemzőit. A képen a teljesítménygörbék láthatók, 785 mm-es kipufogóval az átlagos eltérés 5%, 550 mm-essel 7%

 

 

 

Az előző cikkünkben bemutatott fékpadi mérés célja egyfajta etalon előállítása volt, most az akkor nyert adatokat használtuk a számítógépes modell kalibrálására. Ez várakozásainknál egy kicsit kedvezőbben alakult, ugyanis már a negyedik modellfuttatásnál a mért motorhoz jól közelítő teljesítmény- és nyomatékeloszlást kaptunk. További 7 ciklus során finomítottuk a modellt a 785 mm-es kipufogóval. A mért teljesítményhez viszonyított legnagyobb és legkisebb eltérést ± 4 LE-s tartományba sikerült szorítani, ami a teljes fordulatszám-tartományban átlagosan 5% hibának felel meg. Ellenőrzésképpen, csakúgy, mint a valóságban, a kipufogót 235 mm-rel megrövidítettük, és ismét lefuttattuk a számításokat. Ebben az esetben 3000 fordulaton még 24% a szimuláció hibája, ám a kritikus 5000-es fordulatra már csak 1%, és az átlagos hiba sem haladja meg a 7%-ot. Így a két mérés és a két szimuláció eredményeinek összevetése alapján megállapítható, hogy a létrehozott számítógépes modell megfelelő hűséggel tükrözi a valós motorjellemzőket.

 

Az első (2. henger) és a hátsó (1. henger) között jelentős töltéskülönbség van. Megfigyelhető, hogy 5000 f./p.-nél mindkét henger töltési foka jelentősen csökken

 

 

 

Ezután kezdődött a nyomozás az elveszett lóerők után. Elsősorban az 5–6000 fordulaton tapasztalható teljesítményhiány okának kiderítése volt a cél, miközben a csúcsteljesítmény emelése sem marad el. A töltési fok görbéinek tanulmányozása megmutatta, hogy a hátsó, vagyis gyújtási sorrendben az 1. henger működése enyhén szólva hagy némi kívánnivalót. Most már „csak” azt kellett megállapítani, hogy mi okozza a hátsó henger „légszomját”… A megoldásra a szoftver által biztosított animációs lehetőség segítségével akadtunk. Ez a funkció lehetővé teszi, hogy a motorban áramló levegőt/kipufogógázt, illetve az ezekben a gázokban ide-oda rohanó nyomáshullámok mozgását figyelemmel kísérjük. Így derült ki, hogy az 1. henger saját magát fojtja meg. Ugyanis az 1. kipufogásakor keletkező lökéshullám nemcsak a hangtompító felé terjed, hanem a kipufogórendszer minden bugyra irányába. Ez történetesen a 2., azaz a menetirányban elöl lévő henger könyökcsövét is magában foglalja, hiszen az összekötő cső (népszerű nevén balanszcső) közvetlen átjárást biztosít a két könyök között. Természetesen ilyenkor a 2. henger kipufogószelepe zárva van, hiszen ott éppen javában zajlik a sűrítési ütem. Eddig a jó hír… A rossz hír az, hogy a zárt szelep hátoldaláról visszaverődő hullám, ahogy jött, úgy indul el visszafelé, most már az elöl lévő henger könyökcsövéből rohanva a külvilág felé. Csakhogy ez a hullám is él a lehetőséggel, és az összekötő csövön keresztül visszaszalad „szülő hengere” felé. Éppen akkor ér oda, amikor a szelepösszenyitás során a kipufogószelep még, a szívószelep pedig már nyitva van. Ennek eredményeképpen a henger felé igyekvő friss benzin/levegő keveréket nagy erővel löki vissza a szívócsőbe. Ezzel egy időben még további nagy erejű hullámok róják útjukat a kipufogóban különböző irányokban, de ezeknek a végigkövetése, hatásuk elemzése terjedelmi okok miatt nem lehetséges.

 

Pillanatkép az animációból. A kép felső részén az 1. henger és a kipufogórendszer hozzá kapcsolódó alkatrészei láthatók. Az alsó részen a szelepváltás során szelepösszenyitáskor a hengerbe berohanó nyomáshullám figyelhető meg. A piros kör a könyökcső legelején benyúló hegesztési varrat által keltett hullámot jelzi

 

 

 

Az előbb említett önfojtás kézenfekvő megoldása lenne a huncut balanszcső kiiktatása. Ez ugyan feltöltené az 5000 f./p. körüli teljesítménygödröt, viszont „cserébe” 9000 f./p.-nél 5 LE-s hiány keletkezne. A szívócső hosszának megváltoztatása, mint alternatív megoldás sem hozna értékelhető eredményt, hiszen a teljesítmény továbbra is 5 LE-vel kevesebb maradna, csak a hullámgödrök helyeződnének át. Mivel a motort a lehető legkevesebb alkatrész felhasználásával kell jobb teljesítményre bírni, így a kipufogó-könyökcsövek újratervezése nem szerepel a megengedett változtatások között. Szerepel viszont a kollektor módosítása. A légszűrő doboz a maga közel 8 literjével is megfelelő, csakúgy, mint a légszűrő elem. Olyannyira, hogy még a légszűrő dobozba vezető cső eltávolítása sem hozott értékelhető javulást. Amivel előrébb juthatnánk, az a kompresszióviszony emelése, a szívó- és kipufogócsatornák átdolgozása, ám az már nemcsak a hengerfej leszerelését, de különféle célszerszámok és az ezekhez szükséges gyakorlat meglétét is feltételezi. Mivel ez az átlagos olvasók számára nem elérhető, így ezt a megoldást nem vizsgáltuk. Amik viszont elérhetőek, akár bontóból is, azok egy korábbi, még karburátorral szerelt évjárat szívó-vezérműtengelyei. Ezek beépítése nem igényli a motor komolyabb megbontását annál, mint amire egy szelephézag-állításnál egyébként is szükség van. Csakhogy ezek a szívóvezértengelyek a kipufogóoldalra „kerültek”. Az ezekkel lefuttatott modellmérés azonnali teljesítménynövekedést mutatott nemcsak a kérdéses 5000 f./p.-es tartományban, hanem a csúcsteljesítménynél is.

 

Vezér(mű) csere után. A legalacsonyabb teljesítményt (1.) az animációt bemutató képen is látható lépcsős kollektor produkálta. A 2. görbét a végig azonos 50 mm átmérőjű kollektor eredményezte. Ennek a 80 LE-je kapitális teljesítménygödörrel párosul. A 3. kipufogóvariációval ugyan kisebb a csúcsteljesítmény, de a leggyakrabban használt fordulaton megszűnt a teljesítménygödör. A gyárinál azért így is kb. 6 LE-vel több! Ezt a kúpos szakaszt is tartalmazó gyűjtőcsővel értük el

 

 

 

Annak érdekében, hogy a csúcsteljesítményt tovább emeljük, a valóságban is használt 56 mm-es lépcsős kollektort egy 50 mm belső átmérőjűre „cseréltük”, miközben hosszát továbbra is 785 mm-en tartottuk. Ennek az lett az eredménye, hogy visszatért a lyuk a teljesítménygörbébe, de kaptunk néhány lóerőt is 9200–9500 között, amelyekkel a „ménes” már 80 lovat számlált. Ezen a ponton akár be is fejezhettük volna a kísérleteket, de a teljesítménygödör feltöltése nem maradhatott el! További kísérletek során kialakult egy olyan kollektorforma, amely rövidebb mint 785 mm, és tartalmaz egy 80 mm hosszú, kúposan bővülő szakaszt is. Ezzel a megoldással ugyan néhány lóerőről le kell mondani a csúcsteljesítményből, viszont a középtartománybeli lyuk eltűnik. Csak így érhető el, hogy a két henger a lehetőségekhez mérten a legkevésbé eltérő légmennyiséggel üzemeljen.
A következő részben a fent vázolt, legjobb eredményt adó módosítás megvalósításáról lesz szó. Ekkor derül majd ki, hogy milyen pontosan képes egy megfelelően felépített számítógépes modell előre jelezni a valóságot!